蒸汽长输管道设计的难点及建议

31第1卷　第29期
蒸汽长输管道设计的难点及建议
任亚磊，宫　宝
（上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司西安分公司，陕西　西安　710000）
摘要：近年来长距离输送蒸汽管网工程项目不断增多，文章主要针对长距离蒸汽管道设计分析，提出难点和改善策略，降低管道损失，进而提升利用率，为城市建设发展做出贡献。

关键词：长输管道；蒸汽；城市供热；设计
中图分类号：TE973　文献标识码：A　文章编号：2096-6164（2019）29-0031-02
大力发展大规模集中供暖，能够大幅度降低煤炭燃烧需求量，有效缓解为此引发的环境污染现状。

那么集中供热相关技术主要内容就是蒸汽长距离输送管道设计，以正常设计规范而言，管道每公里需要达到降温十五到二十度，管道线路损失会在百分之十以上，这就表明会导致热能的大量耗损，还不能充分满足长距离供热用户的需求，所以，降低蒸汽长输管道的热损耗，是改善相关技术的主要目的。

1　蒸汽长输管道设计难点
1.1　选择散热量控制和疏水器类型
蒸汽管道散热包含众多因素，其中不仅包含了环境因素还包含保温厚度和保温材料导热系数等。

通过研究能够发现，管道环境以及工作温度差值越大，则保温厚度会越小，另一方面，如果保温材料导热系数越大，那么管道散热量就会越高。

一般情况下，蒸汽管道中的温度是受用气状况影响的，这一现象在设计之初就已经知晓，却没有办法改变。

为了减小散热量，就需要对保温材料的导热系数进行调节和控制，与此同时，也可以采取增大保温厚度来控制管道散热量。

在学则好保温材料之后，导热系数就是固定值。

设计人员在计算某一段长度管段输水量之前，应该确定好管道散热量和保温厚度。

安全系数在选择过程中具有一定经验性，需要考虑蒸汽方面是否带水，管段方面上管托及阀门等因素对其造成的影响。

想要提高安全系数，就应该将疏水器设置在管段的上升段起始点处，并且保持倾斜角度，将疏水器固定在支架周围，间距的控制也具有经验性，一般情况下在60 m～100 m左右。

1.2　明确蒸汽管线路径
在对蒸汽路径进行分析时，就应该已经明确知道管道终点在哪里。

因为对路径进行选取时，需要考虑包括地形和道路以及建筑物等多种因素，所以应该尽可能选择没有河谷和铁路或者河谷和铁路比较少的地方，如果出现必须穿越的情况，管线需要以较大角度穿过。

蒸汽管线路径及高程确定需要考虑疏水是否方便。

在进行水平布置管道的过程中，应该注意控制疏水器的设置间距。

为了能够更加方便地进行输水，就需要增加高程管线，减少水锤，并且选用台阶式进而达到需求高程。

除此之外，还应该在台阶下的管道地点设置疏水器，还需要对高程减小的管线采取连续坡度地方式来慢降管道高程。

始终保持管段地连续坡度，可以通过对艰巨的控制来设置疏水器（如图1）。

图1　高程增强和减少的蒸汽管道
1.3　设置管道热膨胀和管支架
相比其他管道，蒸汽管道存在热膨胀因素，想要处理这个问题就需要用支架对蒸汽管道分段进行固定，尽可能运用管道走势使其自然形成L和Z型进行补偿，除了以上两种分段，蒸汽管道应该尽量使用方形补偿器，需要最大限度水平或与蒸汽管道持同样坡度设置，不能采取上下台阶形式，如果条件充足，才可以考虑波纹，套筒及球形补偿器。

由于方形补偿器是弯头组成，与直管段相似强度，很少泄露，然而其他类型强度不足，容易泄露。

产业科技创新　2019，1（29）：31~32Industrial Technology Innovation 作者简介：任亚磊（1987- ），男，河南平顶山人，本科，工程师，主要从事暖通动力设计方面研究。

产业科技创新　Industrial Technology Innovation 32Vol.1　No.29
一般，我国国内距离方形补偿器两侧四十倍直径处设置支架，在设置两三个支架之后，设置没有任何径向位移的滑动支架，如图2。

有国际著名设计机构建议尽量将方形补偿器最短位置设置支架导向，降低在支架上产生的力矩。

每个限定移位所留空间缝隙需要依据距离固定支架的长短和热位移方向估测调整到特定数值，并且左右限定移位间隙可以不相同，既能够不限制因为升高而造成的热位移，游可以除去管道风力，地震承载及管道震动等情况导致的管道位移。

运用自然补偿器的设计方案需要在靠近弯头处设支
架，减少力矩。

图2　管道支架设计
2　蒸汽长输管道设计建议
2.1　提升起点压力
在进行蒸汽长输管道设计时，大部分设计压力在1.6 Mpa 的蒸汽管道网，其实际在使用过程中，一般起点压力范围在1.0 Mpa 上下，处于末端位置的用户所需压力较小，压力值一般情况在0.5 Mpa 上下。

除此之外，在使用过程中，假设平均一公里就需要进行降压，降压值为0.1 Mpa，输送距离大概在5 km，将常规压力蒸汽管网起点压力增加到1.6 Mpa 时，便能够将输送距离随之扩大，扩大距离为10 km。

根据实际情况进行思考，如果每公里会温降5℃～10℃的话，运输过程中温度就会降低约50℃～100℃。

所以，如果对增加蒸汽长输管道的输送压力，输就能够延长输送距离。

但是，需要注意的是，若持续增加压力，会造成管网温降过大，导致安全性下降，发生热源端能耗过高以及建设投资升高等问题出现。

2.2　降低局部和沿程阻力损失
局部阻力损失形成的原因一般是由补偿器和弯头这两个因素造成的，蒸汽管网补偿器主要有方形和波纹管以及旋转补偿器等多种类型。

在蒸汽管道在架空时，一般情况下选择使用方形补偿器的时候比较多，在埋地管道中，大部分都是使用波纹管补偿器，但是，现在蒸汽管道在架空时经常会使用旋转补偿器。

根据
相关规范，蒸汽管道输送干线选取套筒或波纹管补偿器彦成阻力与局部阻力比值为0.2，使用方形补偿器时，比值为0.9。

在使用规范中，并没有对旋转补偿器比值进行明确标示。

通过观察能够发现，一组旋转补偿器与方形补偿器两者进行比较，除了旋转补偿筒不同之外，其他部分相似度都比较大，因此能够计算出旋转补偿器当量长度为方形补偿器当量长度的1.2倍，由动力管道设计手册中规定的蒸汽管道方形补偿器当量长度是74.9 m，所以能够计算出旋转补偿器当量长度约为90 m，如果旋转补偿器按照四百米一组进行布置，那么采取旋转补偿器管道局部阻力和沿程阻力比值大约是0.225。

这个数值会比波纹管补偿器略高，但是比方形补偿器低。

架空管道选择旋转补偿器能够明显减低局部阻力，可以说提升了36%输送距离。

2.3　选用低传热系数保温材料，改善保温结构
一般蒸汽管道在选择保温材料时，通常会采用玻璃棉、岩棉等材料。

所以相关人员还应该对保温材料在不同温度下导热系数的各项因素例如：稳定性和含水率等等进行观察。

在这个过程中，还需要时刻注意保温材料在出现热膨胀时是否会产生缝隙，因为，一旦材料出现缝隙，就会影响其保温性。

通过多次研究和实际使用后发现，超细玻璃棉是最为适合的材料。

如果想要进一步使得蒸汽管网保温结构更加完善，就需要控制局部热桥大小，尽可能减少局部热桥。

蒸汽管网局部热桥一般出现于固定及滑动支架上，热传原理有几种方式能够降低局部热桥。

其一，尽量使挡板和肋板等材料和外边的连接距离拉长来降低外表的温度。

其二，可以在滑动和固定支架结构上增加隔热的材料，以阻止热量传递。

其三，在出现热桥位置外部实施保温措施，较少散热损失。

此外，还需要优化改善直管段保温结构。

玻璃棉和岩棉等保温材料内部含有较多空气，容易出现热空气的对流现象，出现向下导热系数小的情况。

对于其特点，设计保温结构时应该注意可以将其结构设计成上薄下厚。

同时，还可以对保温材料进行分层困扎，进而提升保温效果。

热力源和用户之间的蒸汽长输管道项目作为大规模集中化供暖的主要研究对象，其中蒸汽长输管道散热及保温成本的控制成为难题，相关设计人员可以参考图集，结合经验，对控制成本做出相应决定，在明确管道散热后就能够准确掌握蒸汽管道疏水量，进而选择疏水器。

管道路径设计需要根据实际地形和分布决定，确定路径后可以设计管道补偿器与支架，同时也可根据实际情况进行调整。

参考文献：
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